תדפיס לי בבקשה מכונית

מהפכה בתחום הייצור מתרחשת לנגד עינינו
צילום: Peabodybore en.wikipedia@org

משחר ההיסטוריה האנושית למד האדם לייצר כלים לצרכיו השונים. כלים אלה ושיטות הייצור השונות אמנם השתכללו רבות עם השנים, אך העיקרון הבסיסי שלהן נשאר זהה עד ימינו. מתכת, עץ, פלסטיק, גומי או קרמיקה מיוצרים באמצעות הסרת חומר, בדומה לפיסול, או על ידי שינוי פאזה ומתן צורה בתבנית, כגון יציקה.

לדוגמה, בתהליך ייצור רכב המתכות מקבלות את צורתן באמצעות התכתן ויציקתן לתבניות ייעודיות או באמצעות עיבוד שבבי, כלומר הסרת חומר, של גוש חומר גלם מתכתי. שתי השיטות מצריכות מכונות גדולות ויקרות וכוללות תהליכים מסובכים וגוזלי זמן. פעמים רבות היציקות או העיבוד השבבי מבוצעים במפעלים אחרים ומרוחקים מאזורי הרכבת כלי הרכב, ולכן דורשים שינועים ארוכים. נוסף לכך, בתהליך העיבוד השבבי מתבזבז חומר גלם רב ויש לאסוף אותו, לפנותו ולהתיכו מחדש. ועוד לא הזכרנו את המבנה הפנימי, המושבים, הגלגלים, הצבע וכל שאר המרכיבים. לסיכום, שיטות הייצור ה"מודרניות" מהוות את המרכיב העיקרי ממחירו של רכב ומכתיבות את קצב האספקה שלו.

בשנים האחרונות פותחה שיטת ייצור שונה לחלוטין – ייצור בהדפסה, הנקרא גם הדפסה בתלת-ממד (3D Printing). חומר הגלם מגיע כאבקה ומוזן לתוך מדפסת ייעודית. המדפסת מסדרת שכבה של חומר הגלם בצורה הרצויה ומחברת את השכבות באמצעות התכה מקומית, למשל בעזרת קרן לייזר. כך מסודרות שכבות חומר הגלם זו על גבי זו ומחוברות. התוצאה – ייצור מהיר במכונה אחת וללא בזבוז מיותר של חומר גלם. זוהי מהפכה גדולה, שכן תהליכי הייצור שהיו מוכרים לנו עד היום אינם נחוצים עוד ויכולים להיות מוחלפים בהדרגה בטכנולוגיה חדשה, מהירה, יעילה וחסכונית בהרבה.

בשנת 2014 הציגה חברת טכנולוגיות קטנה בשם Local Motors, הממוקמת בפיניקס שבאריזונה, את המכונית המודפסת הראשונה. זמן ייצור המכונית היה 44 שעות. זאת בניגוד לכמה ימים או אפילו שבועות הנדרשים כיום לייצור רכב רגיל מרמת חומר הגלם. החברה כבר הצהירה שמחיר הרכב בייצור המוני יהיה $18,000 עד $30,000, מחיר אטרקטיבי במיוחד בהתחשב בעובדה שמדובר ברכב חשמלי. מכיוון שהטכנולוגיה עדיין בחיתוליה אנו צפויים להוזלות מחיר נוספות ככל שתגבר הפופולאריות של הדפסה בתלת-ממד.

אך מגמת השינוי בטכנולוגיית הייצור לא נעצרת בתעשיית הרכב. תעשיות מוצרי הבית, המזון, הבנייה ואפילו תעשיית החלל נהנות משיפור משמעותי בקצבי הייצור ומהפחתת מחירי הייצור. כבר היום, במחיר של כמה אלפי שקלים, אנו יכולים לרכוש מכונת הדפסת פלסטיק שבאמצעותה ניתן לייצר צעצועים, כלי בית פשוטים ועוד. והעיצוב – בידי המשתמש במדפסת, כלומר בידי הצרכן.

ומה באשר להדפסת מזון, האם הדבר אפשרי בכלל? התשובה היא – כן. חברה ישראלית בשם "White Innovation" מציעה מדפסת מזון היכולה להכין בשניות שלל מזונות לבקשת המשתמש. הדפסת מזון יכולה להביא לכך שבכל ארוחה כל סועד יקבל את המנה האהובה עליו, ללא קשר למנות של הסועדים האחרים, ולטענת החברה, ללא שינוי בטעם לעומת הקיים כיום. המגמה רק גדלה, שכן מלבד "White Innovation" קיימות חברות נוספות בעולם המציעות מדפסות מזון.

כיצד תעשיית החלל נשכרת מן הטכנולוגיה החדשה? ראשית, מנועים לחלל הם תתי-מערכות הכוללות אלפי רכיבים שתהליכי ייצורם והכללתם יכולים להימשך שבועות רבים. לדוגמה, כדי לחסוך את תהליך הייצור המסורבל של מנוע רקטי חללי החליטה קבוצת סטודנטים מאוניברסיטת UC San Diego להדפיס מנוע רקטי שלם. הסטודנטים עשו זאת בהצלחה והמנוע אפילו הופעל לעיני המצלמות. בדומה לקבוצת הסטודנטים, גם חברות ומוסדות אחרים, כגון SpaceX ו-NASA, משתמשים בטכנולוגיית הדפסה בתלת-ממד לצורך ייעול תהליך ייצור מנועי החלל שלהן.

דרך נוספת שבה טכנולוגיית הייצור בתלת-ממד מסייעת לתעשיית החלל היא הדפסת כלי עבודה וציוד דרוש לאסטרונאוטים בתחנת החלל הבין-לאומית. עד לאחרונה כל כלי העבודה שבהם השתמשו האסטרונאוטים לתיקונים השונים של תחנת החלל היו משוגרים כחלק משיגורי האספקה לתחנה. מכיוון שאין לצפות איזו תקלה תתרחש בתחנת החלל, נשלחו כל כלי העבודה הנחוצים לתיקון כלל התקלות האפשריות, משקל משמעותי בהתחשב בכך שעלות שליחת כל קילוגרם לחלל היא כ-$10,000. בנובמבר 2014 נשלחה מדפסת תלת-מימד מיוחדת לתחנת החלל הבין-לאומית. מרגע התקנתה החליפה המדפסת את כל כלי העבודה שנשלחו עד כה. החיסכון המשקלי גדול והפתרון יעיל ביותר – מיד לאחר התרחשות תקלה יוכלו האסטרונאוטים להדפיס רק את הכלים הנחוצים לתיקון אותה התקלה ולתקנה ביעילות.

בכל יום נמצאים עוד שימושים לטכנולוגיית הייצור המבטיחה הזו. סביר להניח שחדירתה לתחומים נוספים תהיה מהירה ותשפיע על חיינו בדרכים שונות. ייתכן שבעוד שנים לא רבות בכל בית ובכל מפעל יהיו מדפסות תלת-ממד לכל שימוש.

 *

על הכותב: ד"ר, בוגר הפקולטה להנדסת מכונות וחלל באוניברסיטת פרינסטון. מהנדס בתחום ההנעה החשמלית לחלל ומרצה בתחום החלל בטכניון.

 

שיתוף ב facebook
Facebook
שיתוף ב twitter
Twitter
שיתוף ב linkedin
LinkedIn
שיתוף ב whatsapp
WhatsApp
שיתוף ב email
Email

7 תגובות

  1. הדפסת מזון?? הצלחת להפתיע אותי. בקרוב אולי נוכל להדפיס לנו חברים או בני זוג?? 🙂

  2. האוניברסיטה הראשונה שתפתח קורסים בתחום זה ותיצור התמחות ויכולות תרוויח הרבה סטודנטים וברמה גבוהה!

    1. רפי, אתה אכן צודק. אני חושב שבפקולטה להנדסת מכונות בטכניון כבר עושים זאת. במעבדה הרלוונטית ישנה מדפסת טיטאניום וסטודנטים מן המניין יכולים ללמוד על הנושא.
      בנוסף, אוניברסיטאות רבות כבר נכנסו לתחום, בדומה לאוניברסיטה המוזכרת בפוסט.

  3. אם הבנתי נכון זה מדפיס (מייצר) שכבה אחרי שכבה, איך זה יכול להיות חזק מספיק לרכב או מטוס?

    1. שלומי,

      אתה צודק שנושא החוזק הוא אחד הנושאים מהם חוששים המשתמשים בטכנולוגיה זו. החיבור בין השכבות מתבצע ע"י המסה מקומית בלייזר. יחד עם זאת כבר הוכח כי החוזק שבחיבור בהמסה בלייזר אינו נופל מחוזק של מתכת המומסת וניצקת לתבנית כפי שנעשה באופן מסורתי. מסיבה זו הטכנולוגיה של הדפסת תלת-מימד טובה מספיק גם לרכב או מטוס.

  4. עושה רושם לפי המצב בחלק מהסטראפים שזינקו בתחום וכעת הולכים אחורנית, כי הרעיון הטוב בבסיסו, זינק ללא כל הצדקה, כאילו העולם יהפוך להדפסה תלת ממדית, וכעת מתפכחים ומתחילים לקחת בפרופורציה.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

פרסום תגובה מהווה הסכמה לתנאי השימוש באתר.
התגובות יפורסמו לפי שיקול דעת העורך.

עשוי לעניין אותך

תמונה של סטיב

מלחמה על הבית

מלחמת הקיום של היום דורשת חשיבה מחודשת